فهرست مطالب
- 1. مرور کلی محصول
- 2. بررسی عمیق پارامترهای فنی
- 2.1 مقادیر حداکثر مطلق
- 2.2 ویژگیهای الکترواپتیکی
- 3. توضیح سیستم Binning
- 3.1 Forward Voltage Binning
- 3.2 Luminous Intensity Binning
- 3.3 دستهبندی طول موج غالب
- 4. تحلیل منحنی عملکرد
- 5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
- 5.1 ابعاد بستهبندی و قطبیت
- 5.2 طرح پیشنهادی پد لحیمکاری
- 5.3 مشخصاتنواروقرقره
- 6. دستورالعملهایلحیمکاریومونتاژ
- 6.1 پروفیل لحیمکاری Reflow
- 6.2 لحیمکاری دستی
- 6.3 تمیزکاری
- 7. انبارش و جابجایی
- 7.1 حساسیت به رطوبت
- 7.2 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
- 8. پیشنهادات کاربرد
- 8.1 سناریوهای کاربردی متداول
- 8.2 ملاحظات طراحی
- 9. مقایسه و تمایز فنی
- 10. پرسشهای متداول (FAQ)
- 10.1 تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟
- 10.2 آیا میتوانم این LED را به طور پیوسته با جریان 30mA راهاندازی کنم؟
- 10.3 چرا دستهبندی (binning) مهم است و کدام دسته را باید انتخاب کنم؟
- 10.4 آیا هیت سینک (heat sink) مورد نیاز است؟
- 11. مطالعه موردی طراحی عملی
- 12. معرفی اصول فناوری
- 13. روندهای فناوری
1. مرور کلی محصول
LTST-C281KSKT یک LED تراشهای نصب سطحی فوقنازک است که برای کاربردهای الکترونیکی مدرن طراحی شده که نیاز به حداقل ارتفاع عمودی دارند. این دستگاه از ماده نیمههادی AlInGaP (آلومینیوم ایندیم گالیم فسفید) برای تولید خروجی نور زرد روشن استفاده میکند. اهداف اصلی طراحی آن، سازگاری با فرآیندهای مونتاژ خودکار، رعایت مقررات زیستمحیطی و عملکرد قابل اطمینان در قالب فشرده است.
مزیت اصلی این LED در پروفایل بسیار کم آن به اندازه 0.35 میلیمتر نهفته است که آن را برای کاربردهایی که محدودیت فضا حیاتی است، مانند نمایشگرهای فوقنازک، نور پسزمینه برای لوازم الکترونیکی مصرفی باریک و چراغهای نشانگر در PCBهای با تراکم بالا مناسب میسازد. این محصول بر روی نوار 8 میلیمتری بستهبندی و بر روی قرقرههایی به قطر 7 اینچ عرضه میشود که ساخت با سرعت بالا در فرآیند Pick-and-Place را تسهیل میکند.
2. بررسی عمیق پارامترهای فنی
2.1 مقادیر حداکثر مطلق
محدودیتهای عملیاتی دستگاه در دمای محیط (Ta) 25 درجه سانتیگراد تعریف شده است. تجاوز از این محدودیتها ممکن است باعث آسیب دائمی شود.
- اتلاف توان (Pd): 75 میلیوات. این حداکثر توانی است که LED میتواند بدون تخریب به صورت گرما تلف کند.
- جریان مستقیم اوج (IF(PEAK)): 80 میلیآمپر. این تنها تحت شرایط پالسی (چرخه کاری 1/10، عرض پالس 0.1 میلیثانیه) مجاز است تا از گرمایش بیش از حد جلوگیری شود.
- جریان مستقیم پیوسته (IF): 30 میلیآمپر DC. این حداکثر جریان توصیه شده برای کارکرد پیوسته است.
- ولتاژ معکوس (VR): 5 ولت. اعمال ولتاژ معکوس فراتر از این حد میتواند باعث شکست پیوند PN LED شود.
- محدوده دمای عملیاتی: 30- درجه سلسیوس تا 85+ درجه سلسیوس. دستگاه در این محدوده دمای محیطی عملکرد تضمین شده دارد.
- محدوده دمای نگهداری: ۴۰- درجه سانتیگراد تا ۸۵+ درجه سانتیگراد.
- شرایط لحیمکاری بازجریانی مادون قرمز: تا دمای اوج ۲۶۰ درجه سانتیگراد به مدت حداکثر ۱۰ ثانیه مقاوم است و با فرآیندهای استاندارد لحیمکاری بدون سرب (Pb-free) سازگاری دارد.
2.2 ویژگیهای الکترواپتیکی
پارامترهای کلیدی عملکرد در دمای محیط Ta=25°C و جریان آزمایش استاندارد I اندازهگیری میشوند.F = 20mA.
- شدت نور (IV): از حداقل 28.0 mcd تا حداکثر 180.0 mcd متغیر است. مقدار معمول در این محدوده گسترده دستهبندی قرار میگیرد (به بخش 3 مراجعه کنید). اندازهگیری با استفاده از یک سنسور فیلترشده منطبق بر منحنی پاسخ چشم فتوبیک CIE انجام میشود.
- زاویه دید (2θ)1/2): 130 درجه. این زاویه کاملای است که در آن شدت نور به نصف مقدار اندازهگیری شده در محور میرسد. این نشاندهنده یک الگوی انتشار نور گسترده و پراکنده است که برای روشنایی محیط یا نشانگرهای زاویهباز مناسب میباشد.
- طول موج اوج تابش (λ)P): 588 نانومتر. این طول موجی است که در آن توزیع توان طیفی به حداکثر خود میرسد.
- طول موج غالب (λd): 587 نانومتر تا 597 نانومتر. این طول موج منفردی است که توسط چشم انسان درک میشود و رنگ (زرد) LED را تعریف میکند و از نمودار رنگی CIE استخراج شده است.
- عرض نیمخط طیفی (Δλ): 15 نانومتر. این پارامتر خلوص طیفی یا پهنای باند نور منتشر شده را توصیف میکند که در نصف حداکثر شدت اندازهگیری میشود.
- ولتاژ Forward (VF): مقدار معمول 2.4 ولت است، با محدودهای از 2.0 ولت تا حداکثر مقدار مشخص شده. این افت ولتاژ در سراسر LED هنگام عبور جریان 20 میلیآمپر است.
- جریان Reverse (IR): حداکثر 10 میکروآمپر هنگامی که بایاس معکوس 5 ولت اعمال میشود.
3. توضیح سیستم Binning
برای اطمینان از ثبات رنگ و روشنایی در تولید، LEDها بر اساس پارامترهای کلیدی در دستههای مختلف (باین) دستهبندی میشوند. LTST-C281KSKT از یک سیستم باینینگ سهکدی (مانند D4-P-K) استفاده میکند.
3.1 Forward Voltage Binning
دستهها اطمینان میدهند که LEDها در یک مدار افت ولتاژ مشابهی دارند و از عدم تعادل جریان در پیکربندیهای موازی جلوگیری میکنند.
- Bin D2: VF = 1.80V - 2.00V @20mA
- Bin D3: VF = 2.00V - 2.20V @20mA
- Bin D4: VF = 2.20V - 2.40V @20mA
- Tolerance per bin: ±0.1V
3.2 Luminous Intensity Binning
این روش LEDها را بر اساس روشنایی خروجی نورشان گروهبندی میکند.
- دسته N: IV = 28.0 mcd - 45.0 mcd @20mA
- Bin P: IV = 45.0 mcd - 71.0 mcd @20mA
- Bin Q: IV = 71.0 mcd - 112.0 mcd @20mA
- Bin R: IV = 112.0 mcd - 180.0 mcd @20mA
- تلرانس در هر سطل: ±15%
3.3 دستهبندی طول موج غالب
برای کاربردهای هماهنگ از نظر رنگ حیاتی است، این مورد سایه دقیق رنگ زرد را تعریف میکند.
- Bin J: λd = 587.00 nm - 589.50 nm @20mA
- Bin K: λd = 589.50 nm - 592.00 nm @20mA
- Bin L: λd = 592.00 nm - 594.50 nm @20mA
- Bin M: λd = 594.50 nm - 597.00 nm @20mA
- Tolerance per bin: ±1 nm
4. تحلیل منحنی عملکرد
در حالی که منحنیهای گرافیکی خاصی در دیتاشیت اشاره شدهاند (شکل 1، شکل 6)، مفاهیم آنها برای LEDهای AlInGaP استاندارد است.
- منحنی I-V (جریان-ولتاژ): رابطه نمایی معمول یک دیود را نشان میدهد. ولتاژ مستقیم ضریب دمایی مثبت نشان میدهد، به این معنی که VF با افزایش دمای پیوند برای یک جریان معین، اندکی کاهش مییابد.
- شدت نور در مقابل جریان مستقیم: شدت تقریباً متناسب با جریان مستقیم در محدوده عملکرد عادی (تا 30 میلیآمپر) است. اعمال جریان فراتر از این نقطه به دلیل افت بازده و افزایش اثرات حرارتی، منجر به افزایش زیرخطی میشود.
- شدت نور در مقابل دمای محیط: خروجی نور LEDهای AlInGaP عموماً با افزایش دمای محیط (و اتصال) کاهش مییابد. این کاهش حرارتی باید در محیطهای با دمای بالا در نظر گرفته شود.
- توزیع طیفی: طیف انتشار حول طول موج 588 نانومتر (زرد) متمرکز است با پهنای نیمارتفاع نسبتاً باریک 15 نانومتر که نشاندهنده اشباع رنگ خوب است.
- Viewing Angle Pattern: زاویه دید 130 درجه نشاندهنده الگوی انتشار نزدیک به لامبرت است که در آن شدت نور تقریباً به صورت کسینوسی وابسته به زاویه دید خارج از محور است.
5. اطلاعات مکانیکی و بستهبندی
5.1 ابعاد بستهبندی و قطبیت
دستگاه مطابق با طرح استاندارد بسته EIA است. ویژگیهای کلیدی ابعادی شامل ارتفاع کلی 0.35 میلیمتر میباشد. بسته شامل یک لنز شفاف آبی است. قطبیت با علامت کاتد نشان داده میشود که معمولاً یک شکاف، نقطه سبز یا نشانگر بصری دیگر روی بسته یا نوار است. علامتگذاری دقیق باید از نقشه بسته تأیید شود.
5.2 طرح پیشنهادی پد لحیمکاری
یک الگوی لند (ردپای پد لحیم) ارائه شده است تا تشکیل اتصال لحیم قابل اطمینان در حین ریفلو را تضمین کند. این الگو برای تسهیل خیسشدگی مناسب لحیم، خودترازی قطعه در حین ریفلو و قابلیت اطمینان مکانیکی بلندمدت طراحی شده است. رعایت این طرح پیشنهادی برای جلوگیری از پدیده tombstoning یا اتصالات لحیم ضعیف بسیار مهم است.
5.3 مشخصاتنواروقرقره
LEDها در نوار حامل برجسته با یک نوار پوشش محافظ عرضه میشوند و بر روی قرقرههایی به قطر 7 اینچ (178 میلیمتر) پیچیده شدهاند.
- Pocket Pitch: 8mm (استاندارد برای بسیاری از قطعات کوچک SMD).
- تعداد در هر ریل: 5000 قطعه.
- حداقل مقدار سفارش (MOQ) برای باقیماندهها: 500 قطعه.
- اجزای مفقود شده: حداکثر دو جیب خالی متوالی مجاز است.
- استاندارد: بستهبندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است.
6. دستورالعملهایلحیمکاریومونتاژ
6.1 پروفیل لحیمکاری Reflow
یک پروفیل پیشنهادی بازجوشی مادون قرمز (IR) برای فرآیندهای لحیم بدون سرب ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل موارد زیر میشود:
- پیشگرمکن: 150°C تا 200°C.
- زمان پیشگرمکردن: حداکثر 120 ثانیه برای اجازه دادن به گرمایش یکنواخت و تبخیر حلال از خمیر لحیم.
- دمای اوج: حداکثر 260 درجه سانتیگراد.
- زمان بالاتر از نقطه ذوب (TAL): مدت زمان در محدوده ۵ درجه سانتیگراد زیر دمای اوج باید حداکثر به ۱۰ ثانیه محدود شود. قطعه میتواند این دمای اوج را حداکثر در دو چرخه ریفلو تحمل کند.
پروفایل بر اساس استانداردهای JEDEC است. مهندسان باید پروفایل را برای طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و کوره خود مشخصهیابی کنند تا اتصالات لحیم قابل اطمینانی ایجاد شود.
6.2 لحیمکاری دستی
در صورت نیاز به لحیمکاری دستی، باید نهایت دقت به عمل آید:
- دمای هویه: حداکثر 300 درجه سانتیگراد.
- زمان لحیمکاری: حداکثر 3 ثانیه برای هر پایه.
- محدودیت: تنها یک چرخه لحیمکاری دستی مجاز است تا از آسیب حرارتی به بستهبندی پلاستیکی و تراشه نیمههادی جلوگیری شود.
6.3 تمیزکاری
پس از ریفلو با خمیر لحیم بدون نیاز به شستشو، معمولاً تمیزکاری لازم نیست. در صورت نیاز به تمیزکاری (مثلاً پس از لحیمکاری دستی با فلاکس):
- حلالهای توصیهشده: تنها از تمیزکنندههای الکلی مانند اتیل الکل یا ایزوپروپیل الکل (IPA) استفاده کنید.
- فرآیند: LED را در دمای اتاق معمولی به مدت کمتر از یک دقیقه غوطهور کنید. میتوان به آرامی آن را تکان داد.
- پرهیز از: از مایعات شیمیایی نامشخص، تمیز کردن اولتراسونیک (که میتواند باعث تنش مکانیکی شود) یا حلالهای خشن که ممکن است به لنز اپوکسی یا نشانههای بستهبندی آسیب برسانند، استفاده نکنید.
7. انبارش و جابجایی
7.1 حساسیت به رطوبت
بستهبندی LED به رطوبت حساس است. رعایت شرایط انبارش برای جلوگیری از "پاپکورنینگ" (ترک خوردن بستهبندی) در حین عملیات ریفلو، به دلیل تبخیر سریع رطوبت جذب شده، حیاتی است.
- کیسه مهر و موم شده (بستهبندی اصلی): در دمای ≤30 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی (RH) ≤90% نگهداری شود. عمر قفسهای آن در صورت نگهداری در کیسه ضد رطوبت همراه با جاذب رطوبت، یک سال است.
- پس از باز کردن کیسه: زمان قرارگیری خارج از بسته محدود است. زمان توصیهشده "عمر کف" قبل از ریفلو، 672 ساعت (28 روز) است، مشروط بر نگهداری در دمای ≤30°C و رطوبت نسبی ≤60%.
- نگهداری طولانیمدت (بازشده): برای نگهداری فراتر از 672 ساعت، قطعات را در یک ظرف دربسته همراه با ماده رطوبتگیر یا در یک دسیکاتور نیتروژن قرار دهید.
- بازپخت قطعاتی که بیش از ۶۷۲ ساعت در معرض محیط قرار گرفتهاند، پیش از لحیمکاری باید حدود ۲۰ ساعت در دمای تقریبی ۶۰ درجه سانتیگراد بازپخت شوند تا رطوبت جذبشده از بین برود.
7.2 محافظت در برابر تخلیه الکترواستاتیک (ESD)
LEDها در برابر تخلیه الکترواستاتیک آسیبپذیر هستند. در تمام مراحل جابجایی و مونتاژ باید اقدامات احتیاطی انجام شود.
- اپراتورها باید از مچبند زمینشده یا دستکشهای ضداستاتیک استفاده کنند.
- تمام ایستگاههای کاری، ابزارها و تجهیزات باید بهدرستی زمینشده باشند.
- از زیراندازهای رسانا یا اتلافکننده روی سطوح کاری استفاده کنید.
- قطعات را در بستهبندی محافظ ESD حمل و ذخیره کنید.
8. پیشنهادات کاربرد
8.1 سناریوهای کاربردی متداول
- Status Indicators: چراغهای نشانگر وضعیت برق، اتصال و عملکرد در لوازم الکترونیکی مصرفی (روترها، ستتاپباکسها، دستگاههای خانه هوشمند)، تجهیزات اداری و پنلهای کنترل صنعتی.
- نور پسزمینه: نور پسزمینه حاشیهای یا مستقیم برای نمایشگرهای LCD در دستگاههای نازک، روشنایی صفحه کلید و نور پسزمینه آیکونها در جاهایی که ارتفاع محدود است.
- روشنایی داخلی خودرو: نشانگرهای داشبورد، روشنایی سوئیچها و نورپردازی محیطی (مشروط به تأیید الزامات خاص درجه خودرو).
- دستگاههای قابل حمل و پوشیدنی: نشانگرهای سطح باتری، چراغهای اطلاعرسانی در گوشیهای هوشمند، تبلتها و ردیابهای تناسب اندام که از پروفایل فوقالعاده کم بهره میبرند.
8.2 ملاحظات طراحی
- Current Limiting: همیشه از یک مقاومت محدودکننده جریان سری یا یک درایور جریان ثابت استفاده کنید. مقدار مقاومت را با استفاده از R = (Vمنبع تغذیه - VF) / I محاسبه کنید.Fمستقیماً به منبع ولتاژ متصل نشود.
- مدیریت حرارتی: اگرچه اتلاف توان پایین است، اطمینان حاصل کنید که مساحت کافی مس PCB یا وایاهای حرارتی در زیر پدهای لحیمکاری برای هدایت گرما وجود دارد، به ویژه هنگام کار نزدیک به حداکثر جریان یا در دمای محیط بالا. این امر خروجی نوری و طول عمر را حفظ میکند.
- اتصالات موازی: از اتصال مستقیم چند LED به صورت موازی از یک منبع ولتاژ واحد خودداری کنید. تغییرات جزئی در VF میتواند باعث عدم تعادل قابل توجه جریان شود، به طوری که یک LED بیشتر جریان را به خود جذب کند. برای هر LED از مقاومتهای محدودکننده جریان جداگانه یا یک درایور جریان ثابت با چند کانال استفاده کنید.
- طراحی نوری: زاویه دید گسترده ۱۳۰ درجه، دید خوبی خارج از محور فراهم میکند. برای نور متمرکز، ممکن است نیاز به لنزهای خارجی یا راهنمایهای نور باشد.
9. مقایسه و تمایز فنی
The LTST-C281KSKT مزایای خاصی در رده خود ارائه میدهد:
- در مقابل LEDهای با ضخامت استاندارد (0.6 میلیمتر+): وجه تمایز اصلی، ارتفاع 0.35 میلیمتری است که امکان طراحی در کاربردهای حساس به فضا را فراهم میکند، جایی که LEDهای سنتی جای نمیگیرند.
- در مقابل سایر فناوریهای LED زرد: استفاده از ماده نیمهرسانای AlInGaP، در مقایسه با فناوریهای قدیمیتر مانند GaAsP، بازده نوری بالاتر (خروجی نور بیشتر به ازای هر واحد توان الکتریکی)، پایداری دمایی بهتر و خلوص رنگ برتر (طیف باریکتر) را فراهم میکند.
- در مقابل LEDهای بستهبندی شده بدون قرقره: بستهبندی 8 میلیمتری روی قرقره یک مزیت قابل توجه برای تولید انبوه است که تضمینکننده سازگاری با ماشینهای اتوماتیک برداشت و قراردادن با سرعت بالا بوده و زمان و هزینه مونتاژ را کاهش میدهد.
- انطباق: این محصول با دستورالعملهای RoHS (محدودیت مواد خطرناک) مطابقت دارد و به عنوان یک محصول سبز طبقهبندی میشود که یک الزام اجباری برای الکترونیک فروخته شده در بسیاری از بازارهای جهانی است.
10. پرسشهای متداول (FAQ)
10.1 تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟
طول موج پیک (λP): طول موج فیزیکی تحتاللفظی که در آن LED بیشترین توان نوری را ساطع میکند. این مقدار مستقیماً از طیف اندازهگیری میشود.
طول موج غالب (λd): یک مقدار محاسبهشده بر اساس ادراک رنگ انسان (نمودار CIE). این طول موج تکرنگ نور است که به نظر میرسد همان رنگ خروجی طیف گسترده LED را دارد. برای تعریف و تطبیق رنگ، طول موج غالب پارامتر مرتبطتری است.
10.2 آیا میتوانم این LED را به طور پیوسته با جریان 30mA راهاندازی کنم؟
بله، 30mA حداکثر جریان مستقیم مجاز DC است. با این حال، برای دستیابی به طول عمر بهینه و در نظر گرفتن شرایط واقعی مانند دمای محیط بالا، کاهش این مقدار (دریتینگ) یک روش مهندسی مناسب محسوب میشود. کارکرد در 20mA (شرایط آزمایش استاندارد) یا کمتر، به طور قابل توجهی طول عمر عملیاتی LED را افزایش داده و خروجی نور پایدارتری را حفظ میکند.
10.3 چرا دستهبندی (binning) مهم است و کدام دسته را باید انتخاب کنم؟
دستهبندی برای یکنواختی در ظاهر و عملکرد درون یک کاربرد حیاتی است. برای مثال، در یک پنل شامل چندین LED وضعیت، استفاده از LEDهای متعلق به دستههای شدت نور یا طول موج متفاوت، منجر به روشناییها و سایههای رنگی به وضوح متفاوت میشود.
دستهها را بر اساس نیاز کاربرد خود انتخاب کنید: برای تطبیق رنگ دقیق (مثلاً زرد خاص برند)، یک دسته طول موج غالب باریک (J، K، L یا M) را مشخص کنید. برای یکنواختی روشنایی در چندین واحد، یک دسته شدت نور (N، P، Q یا R) را مشخص کنید. برای بالانس جریان در رشتههای موازی، یک دسته ولتاژ Forward (D2، D3، D4) را مشخص کنید.
10.4 آیا هیت سینک (heat sink) مورد نیاز است؟
معمولاً برای یک LED منفرد که در جریان 30mA یا کمتر کار میکند، به دلیل اتلاف توان پایین 75mW، هیت سینک اختصاصی لازم نیست. با این حال، مدیریت حرارتی مؤثر در سطح PCB ضروری است. این به معنای تأمین مساحت مسی کافی (پد حرارتی) متصل به پدهای لحیم LED برای هدایت گرما به داخل زیرلایه PCB است که به عنوان پخشکننده گرما عمل میکند. این موضوع به ویژه برای آرایههای LED یا کارکرد در محیطهای با دمای بالا اهمیت دارد.
11. مطالعه موردی طراحی عملی
سناریو: طراحی یک نشانگر باتری ضعیف برای یک دستگاه پزشکی دستی. محفظه دستگاه دارای محدودیت ارتفاع داخلی 0.5 میلیمتر برای PCB و تمام قطعات در ناحیه نشانگر است.
چالش: یک LED استاندارد با ارتفاع 0.6 میلیمتر جا نمیشد.
راهحل: LTST-C281KSKT با ارتفاع 0.35 میلیمتر انتخاب شده است. یک مقاومت محدودکننده جریان برای منبع تغذیه 3.3 ولت محاسبه میشود: R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45Ω. یک مقاومت با مقدار استاندارد 47Ω انتخاب میشود که نتیجه آن جریان IF ≈ 19mA است. زاویه دید گسترده 130 درجهای، اطمینان میدهد که نشانگر از زوایای مختلف قابل مشاهده است. رنگ زرد به عنوان یک نشانگر احتیاط/هشدار جهانی انتخاب شده است. بستهبندی نوار و قرقره امکان مونتاژ خودکار را فراهم میکند و کارایی و قابلیت اطمینان ساخت را تضمین مینماید.
12. معرفی اصول فناوری
LTST-C281KSKT بر پایه فناوری نیمهرسانای AlInGaP است. این ماده یک نیمهرسانای مرکب از گروه III-V است. هنگامی که یک ولتاژ مستقیم اعمال میشود، الکترونها از ناحیه نوع n و حفرهها از ناحیه نوع p به ناحیه فعال تزریق میشوند. هنگامی که این حاملهای بار بازترکیب میشوند، انرژی را به شکل فوتون (نور) آزاد میکنند. ترکیب خاص آلومینیوم، ایندیوم، گالیم و فسفید در لایه فعال، انرژی شکاف نواری نیمهرسانا را تعیین میکند که مستقیماً طول موج (رنگ) نور ساطعشده را دیکته میکند. برای نور زرد (~590 نانومتر)، یک انرژی شکاف نواری خاص طراحی شده است. لنز اپوکسی شفاف، تراشه را محصور میکند، محافظت مکانیکی فراهم میکند و الگوی خروجی نور را شکل میدهد.
13. روندهای فناوری
روند کلی در LEDهای SMD برای کاربردهای نشانگر و نور پسزمینه به سمت موارد زیر ادامه مییابد:
- افزایش بازدهی: توسعه مواد و ساختارهایی که لومن بیشتری بر وات (lm/W) تولید میکنند و مصرف برق را برای همان میزان نور خروجی کاهش میدهند.
- مینیاتوریسازی: کاهش بیشتر در اندازه بستهبندی (مساحت اشغالی و ارتفاع) برای امکانپذیر ساختن دستگاههای الکترونیکی باریکتر. ارتفاع 0.35 میلیمتری این دستگاه بخشی از این روند است.
- بهبود بازتولید رنگ و گاموت: برای نور پسزمینه نمایشگر، حرکتی به سمت LEDهایی با قلههای طیفی باریکتر و طولموجهای خاص برای دستیابی به گاموتهای رنگی گستردهتر (مانند Rec. 2020) وجود دارد.
- قابلیت اطمینان و طول عمر بالاتر: پیشرفتها در مواد بستهبندی (اپوکسی، سیلیکون) و فناوریهای اتصال تراشه برای تحمل دماهای اتصال بالاتر و شرایط محیطی سختتر، که طول عمر عملیاتی را افزایش میدهد.
- یکپارچهسازی: ادغام چندین تراشه LED (RGB, RGBW) در یک پکیج واحد یا یکپارچهسازی الکترونیکهای درایو (IC) با LED برای طراحی سادهشده ("LEDهای هوشمند").
اصطلاحات مشخصات LED
توضیح کامل اصطلاحات فنی LED
عملکرد فوتوالکتریک
| اصطلاح | واحد/نمایش | توضیح ساده | چرا مهم است |
|---|---|---|---|
| کارایی نوری | lm/W (لومن بر وات) | خروجی نور به ازای هر وات برق، عدد بالاتر به معنای بازده انرژی بیشتر است. | مستقیماً تعیینکننده رده بهرهوری انرژی و هزینه برق است. |
| شار نوری | lm (lumens) | کل نور ساطع شده از منبع، که معمولاً "روشنایی" نامیده میشود. | تعیین میکند که آیا نور به اندازه کافی روشن است یا خیر. |
| زاویه دید | ° (درجه)، به عنوان مثال، 120° | زاویهای که در آن شدت نور به نصف کاهش مییابد، عرض پرتو را تعیین میکند. | بر محدوده و یکنواختی روشنایی تأثیر میگذارد. |
| CCT (دمای رنگ) | K (کلوین)، مثال: 2700K/6500K | گرمی/سردی نور، مقادیر پایین زرد/گرم، مقادیر بالا سفید/سرد. | تعیین کننده جو نورپردازی و سناریوهای مناسب. |
| CRI / Ra | بدون واحد، ۰ تا ۱۰۰ | توانایی نمایش دقیق رنگهای اشیا، Ra≥۸۰ خوب است. | بر اصالت رنگ تأثیر میگذارد، در مکانهای با نیاز بالا مانند مراکز خرید و موزهها استفاده میشود. |
| SDCM | مراحل بیضی مکآدام، به عنوان مثال، "5-step" | معیار یکنواختی رنگ، مراحل کوچکتر به معنای یکنواختی رنگ بیشتر است. | یکنواختی رنگ در سرتاسر یک دسته LED یکسان را تضمین میکند. |
| Dominant Wavelength | نانومتر (nm)، به عنوان مثال، 620 نانومتر (قرمز) | طول موج متناظر با رنگ LEDهای رنگی. | تعیین کننده رنگآمیزی (hue) LEDهای تکرنگ قرمز، زرد و سبز. |
| توزیع طیفی | منحنی طول موج در مقابل شدت | توزیع شدت را در طولموجهای مختلف نشان میدهد. | بر بازتولید رنگ و کیفیت تأثیر میگذارد. |
Electrical Parameters
| اصطلاح | نماد | توضیح ساده | ملاحظات طراحی |
|---|---|---|---|
| ولتاژ مستقیم | Vf | حداقل ولتاژ برای روشن کردن LED، مانند "آستانه شروع". | ولتاژ درایور باید ≥Vf باشد، ولتاژها برای LEDهای سری جمع میشوند. |
| Forward Current | اگر | مقدار جریان برای عملکرد عادی LED. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| حداکثر جریان پالس | Ifp | جریان اوج قابل تحمل برای دورههای کوتاه، مورد استفاده برای کمنور کردن یا چشمک زدن. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| Reverse Voltage | Vr | حداکثر ولتاژ معکوسی که LED میتواند تحمل کند، فراتر از آن ممکن است باعث شکست شود. | مدار باید از اتصال معکوس یا افزایش ناگهانی ولتاژ جلوگیری کند. |
| مقاومت حرارتی | Rth (°C/W) | مقاومت در برابر انتقال حرارت از چیپ به لحیم، هرچه کمتر بهتر است. | مقاومت حرارتی بالا نیاز به دفع حرارت قویتر دارد. |
| ایمنی در برابر تخلیه الکترواستاتیک | V (HBM)، به عنوان مثال، 1000V | توانایی مقاومت در برابر تخلیه الکترواستاتیک، مقدار بالاتر به معنای آسیبپذیری کمتر است. | در فرآیند تولید نیاز به اقدامات ضد الکتریسیته ساکن است، به ویژه برای LEDهای حساس. |
Thermal Management & Reliability
| اصطلاح | شاخص کلیدی | توضیح ساده | تأثیر |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | دمای عملیاتی واقعی در داخل تراشه LED. | کاهش هر 10 درجه سانتیگراد ممکن است طول عمر را دو برابر کند؛ دمای بیش از حد بالا باعث افت نور و تغییر رنگ میشود. |
| افت لومن | L70 / L80 (hours) | زمان کاهش روشنایی تا 70% یا 80% مقدار اولیه. | مستقیماً "طول عمر مفید" LED را تعریف میکند. |
| نگهداری لومن | % (مثلاً 70%) | درصد روشنایی حفظشده پس از زمان. | نشاندهنده حفظ روشنایی در استفاده بلندمدت. |
| Color Shift | Δu′v′ یا بیضی مکآدام | درجه تغییر رنگ در حین استفاده. | بر یکنواختی رنگ در صحنههای نورپردازی تأثیر میگذارد. |
| Thermal Aging | تخریب مواد | تخریب ناشی از دمای بالا در طولانیمدت. | ممکن است باعث کاهش روشنایی، تغییر رنگ یا خرابی مدار باز شود. |
Packaging & Materials
| اصطلاح | انواع رایج | توضیح ساده | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| نوع بستهبندی | EMC, PPA, Ceramic | ماده بدنه که تراشه را محافظت کرده و رابط نوری/حرارتی را فراهم میکند. | EMC: مقاومت حرارتی خوب، هزینه کم؛ سرامیک: اتلاف حرارت بهتر، عمر طولانیتر. |
| Chip Structure | جلو، Flip Chip | چیدمان الکترود تراشه. | Flip Chip: اتلاف حرارت بهتر، کارایی بالاتر، برای توان بالا. |
| پوشش فسفری | YAG, Silicate, Nitride | تراشههای آبی را پوشش میدهد، برخی را به زرد/قرمز تبدیل میکند و با ترکیب به سفید میرسد. | فسفرهای مختلف بر بازده نوری، دمای رنگ و شاخص نمود رنگ تأثیر میگذارند. |
| Lens/Optics | تخت، میکرولنز، TIR | ساختار نوری روی سطح که توزیع نور را کنترل میکند. | زاویه دید و منحنی توزیع نور را تعیین میکند. |
Quality Control & Binning
| اصطلاح | Binning Content | توضیح ساده | هدف |
|---|---|---|---|
| دستهبندی شار نوری | Code e.g., 2G, 2H | گروهبندی بر اساس روشنایی، هر گروه دارای مقادیر حداقل/حداکثر لومن است. | یکنواختی روشنایی در یک دسته را تضمین میکند. |
| Voltage Bin | Code e.g., 6W, 6X | گروهبندی شده بر اساس محدوده ولتاژ مستقیم. | تطبیق درایور را تسهیل میکند، بازده سیستم را بهبود میبخشد. |
| Color Bin | بیضی مکآدام ۵-گامی | گروهبندی بر اساس مختصات رنگ، تضمین محدوده تنگ. | تضمین یکنواختی رنگ، جلوگیری از ناهمگونی رنگ در داخل چراغ. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K و غیره. | بر اساس CCT گروهبندی شدهاند، هر کدام محدوده مختصات مربوط به خود را دارند. | الزامات CCT صحنههای مختلف را برآورده میکند. |
Testing & Certification
| اصطلاح | استاندارد/آزمون | توضیح ساده | اهمیت |
|---|---|---|---|
| LM-80 | آزمایش حفظ شار نوری | روشنایی طولانی مدت در دمای ثابت، ثبت کاهش روشنایی. | برای تخمین عمر LED (با TM-21) استفاده میشود. |
| TM-21 | استاندارد تخمین عمر | عمر را تحت شرایط واقعی بر اساس دادههای LM-80 تخمین میزند. | پیشبینی علمی عمر را ارائه میدهد. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | روشهای آزمایش نوری، الکتریکی و حرارتی را پوشش میدهد. | مبنای آزمایش شناختهشده در صنعت. |
| RoHS / REACH | گواهینامهی محیط زیستی | اطمینان از عدم وجود مواد مضر (سرب، جیوه). | الزام دسترسی به بازار در سطح بینالمللی. |
| ENERGY STAR / DLC | گواهی بهرهوری انرژی | گواهی بهرهوری انرژی و عملکرد برای روشنایی. | مورد استفاده در خریدهای دولتی، برنامههای یارانهای، رقابتپذیری را افزایش میدهد. |